Yenilikler

3D yazıcıyla oluşturulan yüksek çözünürlüklü beyin

MedUni Vienna ve TU Wien arasındaki ortak projede, beyin liflerinin yapısı temel alınarak modellenen ve manyetik rezonans görüntülemenin (dMRI) özel bir çeşidi kullanılarak görüntülenebilen dünyanın ilk 3D baskılı “beyin hayaleti” geliştirildi. MedUni Vienna ve TU Wien liderliğindeki bilimsel bir ekibin bir çalışmada gösterdiği gibi, bu beyin modelleri Alzheimer, Parkinson ve multipl skleroz gibi nörodejeneratif hastalıklara yönelik araştırmaları ilerletmek için kullanılabilir. Araştırma çalışması dergide yayınlandı “İleri Malzeme Teknolojileri.”

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), öncelikle beyni incelemek için kullanılan, yaygın olarak kullanılan bir tanısal görüntüleme tekniğidir. MR, iyonlaştırıcı radyasyon kullanılmadan beynin yapısını ve işlevini incelemek için kullanılabilir. MR’ın özel bir çeşidi olan difüzyon ağırlıklı MR’da (dMRI), beyindeki sinir liflerinin yönü de belirlenebilmektedir. Ancak sinir lifi demetlerinin kesişme noktalarında farklı yönlere sahip sinir lifleri üst üste bindiğinden, sinir liflerinin yönünü doğru olarak belirlemek çok zordur. Süreci, test analizi ve değerlendirme yöntemlerini daha da geliştirmek amacıyla, Viyana Tıp Üniversitesi ve TU Wien ile işbirliği yapan uluslararası bir ekip, yüksek çözünürlüklü 3D baskı işlemi kullanılarak üretilen “beyin hayaleti” adı verilen bir cihaz geliştirdi.

Mikrokanallı minik küp

MRI uzmanları olarak Viyana Tıp Üniversitesi’nden araştırmacılar ve 3D baskı uzmanları olarak TU Wien’den araştırmacılar, Zürih Üniversitesi ve Hamburg-Eppendorf Üniversitesi Tıp Merkezi’nden meslektaşlarıyla yakın işbirliği içinde çalıştı. 2017 yılında, TU Wien’de yüksek kalitede baskıya olanak tanıyan iki fotonlu bir polimerizasyon yazıcısı geliştirildi. Bu süreçte Viyana Tıp Üniversitesi ve Zürih Üniversitesi ile birlikte kullanım örneği olarak beyin fantomları üzerinde de çalışmalar yürütüldü. Ortaya çıkan patent, şu anda geliştirilen ve TU Wien’in Araştırma ve Transfer Destek ekibi tarafından denetlenen beyin hayaletinin temelini oluşturuyor.

Görsel olarak bu hayaletin gerçek bir beyinle pek ilgisi yoktur. Çok daha küçüktür ve küp şeklindedir. İçinde son derece ince, su dolu mikrokanallar tek tek kranyal sinirlerin boyutundadır. Bu kanalların çapı insan saçından beş kat daha incedir. Beyindeki ince sinir hücreleri ağını taklit etmek için, ilk yazarlar Michael Woletz (Tıbbi Fizik ve Biyomedikal Mühendisliği Merkezi, MedUni Viyana) ve Franziska Chalupa-Gantner (3D Baskı ve Biyofabrikasyon araştırma grubu, TU Wien) liderliğindeki araştırma ekibi ) oldukça alışılmadık bir 3 boyutlu baskı yöntemi kullandı: iki fotonlu polimerizasyon. Bu yüksek çözünürlüklü yöntem öncelikle nanometre ve mikrometre aralığındaki mikro yapıları yazdırmak için kullanılır; milimetre küp aralığındaki üç boyutlu yapıları yazdırmak için kullanılmaz. TU Wien’deki araştırmacılar, dMRI için uygun boyutta fantomlar oluşturmak amacıyla 3D baskı sürecini büyütmek ve daha büyük nesnelerin yüksek çözünürlüklü ayrıntılarla basılmasını sağlamak için çalışıyorlar. Yüksek düzeyde ölçeklendirilmiş 3D baskı, araştırmacılara, dMRI altında görüntülendiğinde çeşitli sinir yapılarının atanmasını mümkün kılan çok iyi modeller sağlar. Michael Woletz, bu yaklaşımı dMRI’nin teşhis yeteneklerinin geliştirilmesiyle cep telefonu kamerasının çalışma şekliyle karşılaştırıyor: “Cep telefonu kameralarıyla fotoğrafçılıkta en büyük ilerlemeyi mutlaka yeni, daha iyi lenslerde değil, çekilen görüntüleri iyileştiren yazılımda görüyoruz. Durum dMRI’da da benzer: Yeni geliştirilen beyin fantomunu kullanarak analiz yazılımını çok daha hassas bir şekilde ayarlayabiliyoruz ve böylece ölçülen verilerin kalitesini artırabiliyor ve beynin sinir mimarisini daha doğru bir şekilde yeniden yapılandırabiliyoruz.”

Beyin hayaleti analiz yazılımını eğitiyor

Beyindeki karakteristik sinir yapılarının özgün bir şekilde yeniden üretilmesi bu nedenle dMRI analiz yazılımının “eğitimi” için önemlidir. 3D baskının kullanılması, değiştirilebilen ve özelleştirilebilen çeşitli ve karmaşık tasarımlar oluşturmayı mümkün kılar. Beyin fantomları beyinde özellikle karmaşık sinyaller üreten ve bu nedenle kesişen sinir yolları gibi analiz edilmesi zor olan alanları gösterir. Analiz yazılımını kalibre etmek için beyin hayaleti dMRI kullanılarak incelenir ve ölçülen veriler gerçek bir beyinde olduğu gibi analiz edilir. 3D baskı sayesinde fantomların tasarımı kesin olarak bilinmekte ve analiz sonuçları kontrol edilebilmektedir. MedUni Vienna ve TU Wien, bunun ortak araştırma çalışmasının bir parçası olarak işe yaradığını göstermeyi başardılar. Geliştirilen fantomlar, Alzheimer, Parkinson ve multipl skleroz gibi nörodejeneratif hastalıklara yönelik operasyonların ve araştırmaların planlanmasında fayda sağlayabilecek dMRI’yi iyileştirmek için kullanılabilir.

Kavramın kanıtlanmasına rağmen ekip hâlâ zorluklarla karşı karşıya. Şu andaki en büyük zorluk yöntemin ölçeğini büyütmek: “İki fotonlu polimerizasyonun yüksek çözünürlüğü, mikro ve nanometre aralığındaki ayrıntıların basılmasını mümkün kılıyor ve bu nedenle kranial sinirlerin görüntülenmesi için çok uygun. Ancak aynı zamanda aynı zamanda” Chalupa-Gantner, “Bu tekniği kullanarak birkaç santimetreküp boyutunda bir küpün basılması buna paralel olarak uzun bir zaman alıyor” diye açıklıyor. “Bu nedenle yalnızca daha karmaşık tasarımlar geliştirmeyi değil, aynı zamanda baskı sürecini de daha da optimize etmeyi amaçlıyoruz.”

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240321155441.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu